DE2436849B2

DE2436849B2 - WEIGHING DEVICE FOR WEIGHING A LOAD

Info

Publication number: DE2436849B2
Application number: DE19742436849
Authority: DE
Inventors: Richard S. Fairmont Minn. Bradley (V.StA.)
Original assignee: Weigh-Tronix, Inc., Armstrong, Ia. (V.StA.)
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1974-07-31
Publication date: 1977-02-10
Also published as: DE2436849A1

Description

5555

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wägevorriching zum Wiegen einer Last gemäß dem Oberbegriff es Hauptanspruchs.The present invention relates to a weighing device for weighing a load according to the preamble it main claim.

Eine derartige Wägevorrichtung ist aus der Zeitchrift »Instruments« 1950, S. 445—448 bekannt, bei der iie Dehnmeßstreifen genau symmetrisch zum Lastüberragungselement, und zwar auf jeder Seite des .astübertragungselements sowohl auf der Stangeniberwie auf der Stangenunterseite angeordnet sind, vobei sich die symmetrisch zum Lastüberiiragungselenent auf der Stangenober- bzw. -Unterseite angeordnecn Dehnmeßstreifen in der Brückenfaltung gegenüber-Such a weighing device is known from the magazine "Instruments" 1950, pp. 445-448, in which The strain gauges are exactly symmetrical to the load transfer element, on each side of the load transmission element both on the rod and on the rod are arranged on the underside of the rod, the symmetrical to the load transfer element Strain gauges arranged on the top or bottom of the bar in the bridge fold opposite

849849

liegen. Hierbei müssen für eine korrekte Punktion der Wägevorrichtung nicht nur die einzelnen Dehnmeßstreifen untereinander gleiche Abständle haben, sondern darüber hinaus müssen auch die Abstände der Dehnmeßstreifen von den Abstützwellen der Stange genau eingehalten werden. Andererseits sind jedoch Toleranzen beim Aufkleben der Dehnmeßstreifen unvermeidlich und beeinflussen daher die Meßgenauigkeit lie. For a correct puncture, the Weighing device not only have the individual strain gauges the same distance from one another, but In addition, the distances between the strain gauges and the support shafts of the rod must also be measured are strictly adhered to. On the other hand, there are tolerances when sticking the strain gauges unavoidable and therefore affect the measurement accuracy

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Wägevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unkritisch hinsichtlich der Anbringung der Dehnmeßstreifen ist wobei gleichzeitig Fremddeformationen ohne merklichen Einfluß auf das Meßergebnis bleiben.The object of the present invention is therefore to provide a weighing device of the type mentioned at the beginning create, which is not critical with regard to the attachment of the strain gauges, while at the same time foreign deformations remain without any noticeable influence on the measurement result.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß der dritte Dehnmeßstreifen, der dem ersten in der Brücke gegenüberliegt zwischen der einen Abstützstelle und der Stangenmitte auf deren Oberseite mit bestimmten Abstand von dem ersten angebracht ist während der viert*; Dehnmeßstreifen zwischen der anderen Abstützstelle und der Stangenmitte mit im wesentlichen gleichen Abstand wie der Abstand zwischen dem ersten und dritten Dehnmeßstreifen von dem zweiten Dehnmeßstrei'en auf der Stangenunterseite angebracht ist.This object is achieved in that the third strain gauge, the first in the bridge opposite between the one support point and the center of the rod on the top with certain Distance from the first is appropriate during the fourth *; Strain gauges between the other support point and the rod center at substantially the same distance as the distance between the first and the third strain gauge from the second strain gauge is attached to the bottom of the rod.

Eine derartige Wägevorrichtung ist sowohl unempfindlich gegenüber Verschiebungen der gesamten Stange parallel zu ihrer Längsrichtung, wie auch gegen Torsionsbeanspruchungen. Hierbei genügt es, wenn die Dehnmeßstreifen lediglich im wesentlichen gleiche Abstände voneinander haben.Such a weighing device is both insensitive to displacements of the entire Rod parallel to its longitudinal direction, as well as against torsional loads. It is sufficient if the Strain gauges only have essentially the same distance from one another.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further refinements of the invention can be found in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the preferred exemplary embodiments shown in the drawings.

F i g. 1 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Wägevorrichtung gemäß der Erfindung;F i g. 1 is a front perspective view of a Weighing device according to the invention;

Fig.2 ist ein Querschnitt nach Linie2-2 der Fig. 1, wobei ein Teil des Basiselements weggelassen ist;Fig. 2 is a cross-section on line 2-2 of Fig. 1, part of the base member is omitted;

Fig.3 ist ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig.2 gesehen in Richtung der Pfeile;Fig.3 is a section along line 3-3 of Fig.2 seen in the direction of the arrows;

F i g. 4 zeigt eine alternative Anordnung der Dehnmeßstreifen; F i g. Figure 4 shows an alternative arrangement of the strain gauges;

F i g. 5 zeigt schematisiert ein elektrisches Schaltbild der Schaltkreise;F i g. Fig. 5 schematically shows an electrical diagram of the circuits;

F i g. 6 zeigt eine alternative elektrische Meßbrücke für die Schaltung nach F i g. 5;F i g. 6 shows an alternative electrical measuring bridge for the circuit according to FIG. 5;

F i g. 7 ist eine schematische Frontansicht teilweise gestrichelt zur Illustration der linearen Biegung der Stange der Vorrichtung nach F i g. 1 und zur Darstellung einer alternativen Halterung der Stangenenden;F i g. 7 is a schematic front view, partially in phantom, illustrating the linear flexure of FIG Rod of the device according to FIG. 1 and to illustrate an alternative mounting of the rod ends;

F i g. 8 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise gestrichelt eine feste Stange zur Darstellung der nichtlinearen Rückbiegung der Stange, undF i g. Fig. 8 is a schematic front view, partially in phantom, of a fixed rod to illustrate Fig non-linear back bending of the rod, and

F i g. 9 ist eine schematische Darstellung zur Illustration der linearen Biegung der Stange in der Vorrichtung nach F i g. 2.F i g. Figure 9 is a schematic diagram illustrating the linear flexure of the rod in the device according to FIG. 2.

Gemäß F i g. 1 umfaßt die dargestellte Wägevorrichtung 10 eine im wesentlichen gerade langgestreckte Stange 12 runder Querschnittsform, die 2wischen ersten und zweiten Abstützelementen 14 bzw. 16 gehalten ist.According to FIG. 1, the illustrated weighing device 10 comprises a substantially straight elongated rod 12 of round cross-sectional shape, which is held between first and second support elements 14 and 16, respectively.

Die Stange 12 ist gleichförmig ausgebildet vom Ende 18 bis zum Ende 20 und besteht aus festem starren Material, wie Stahl Das ausgewählte Material ist im wesentlichen elastisch deformierbar im Ansprechen auf Kräfte, die zwischen den Enden 18 und 20 der Stange 12 einwirken. Die Stange 12 kann auch rohrförmig mitThe rod 12 is uniformly formed from the end 18 to the end 20 and is made of solid, rigid Material such as steel The selected material is essentially elastically deformable in response to Forces acting between the ends 18 and 20 of the rod 12. The rod 12 can also have a tubular shape

•i• i

einer mittleren Bohrung ausgebildet sein, so lange die Wandung eine Stange entsprechender Stärke besitzt, um den angreifenden Kräften standzuhalten.a central hole be formed as long as the Wall has a rod of appropriate strength to withstand the attacking forces.

Das erste Abstützelement 14 bestent aus stabilem Metall wie Stahl oder dergleichen und ist mit einem Sockel 22 zum Halten der Stange 12 versehen, in dem die Stange 12 lose aufgenommen ist Eine Stiftöffnung 24 im Abstützelement 14 erstreckt sich durch den Sockel 22 und kann zum Teil mit Gewinde versehen sein, wie in Fig.3 erkennbar. Die Stange 12 besitzt eine Bohrung 26, die quer durch die Stange nahe dem Ende 18 der Stange hindurchgeht und so ausgebildet ist, daß sie in Ausfluchtung mit der öffnung 24 im Abstützelement 14 steht Das Abstützelement 16 ist mit einem Sockel 22 und mit einer Stiftöffnung 24 versehen entsprechend denen im Abstützelement 14. Die Enden 18 und 20 der Stange 12 besitzen Bohrungen 26, die ausgefluchtet sich mit den öffnungen 24 und einen Stift aufnehmen. Die Abstützelemente 14 und 16 umfassen Stifte 28 und 29, welche durch die öffnungen 24 in den Abstützelementen 14 und 16, wie auch durch die Bohrungen 26 in der Stange 12 durchgeführt sind, um die Stange 12 in den Abstützelementen 14 und 16 zu haltern.The first support element 14 bestent such as steel or the like made of solid metal and is provided with a base 22 for holding the rod 12, in which the rod 12 is received loosely A pin aperture 24 in the support member 14 extends through the base 22 and may in part with Be provided with a thread, as can be seen in Figure 3. The rod 12 has a bore 26 which passes transversely through the rod near the end 18 of the rod and is designed so that it is in alignment with the opening 24 in the support element 14. The support element 16 has a base 22 and a pin opening 24 provided corresponding to those in the support element 14. The ends 18 and 20 of the rod 12 have bores 26 which are aligned with the openings 24 and receive a pin. The support elements 14 and 16 include pins 28 and 29, which are passed through the openings 24 in the support elements 14 and 16, as well as through the bores 26 in the rod 12, in order to hold the rod 12 in the support elements 14 and 16.

Die Bohrungen 26 besitzen vorzugsweise einen etwas größeren Durchmesser als die Stifte 28 und 29, damit die Stange 12 kleinen Axialbewegungen 31 und Drehbewegungen 33 (F i g. 3) innerhalb der Sockel 22 unterworfen werden kann, ohne daß die Stange 12 tordiert oder unter Zugspannung gesetzt wird. Indem man eine solche Bewegung zwischen den Abstützelementen 14 und 16 und der Stange 12 gestattet, können Torsionsdeformationen und andere Fremddeformationen der Stange 12 im wesentlichen herabgesetzt werden und damit unerwünschte Meßfehler, hervorgerufen durch solche Fremddeformationen, verringert werden, wobei, mit anderen Worten, die Genauigkeit gesteigert wird. Da die Abstützelemente 14 und 16 identisch sind, wird auf letzteres nachstehend nicht mehr weiter eingegangen.The bores 26 preferably have a slightly larger diameter than the pins 28 and 29 so that the rod 12 can be subjected to small axial movements 31 and rotary movements 33 (FIG. 3) within the base 22 without the rod 12 twisting or under tension is set. By allowing such a movement between the support elements 14 and 16 and the rod 12, torsional deformations and other extraneous deformations of the rod 12 can be substantially reduced and thus undesired measurement errors caused by such extraneous deformations can be reduced, with, in other words, the accuracy is increased. Since the support elements 14 and 16 are identical, the latter will not be discussed further below.

Es ist wichtig, daß die Enden 18 und 20 der Stange 12, im Ansprechen auf eine Belastung der Stange, frei beweglich um die Achsen 140 bzw. 141 sein können. Diese Achsen stehen senkrecht zu einer Ebene, definiert durch die Längsachse 100 der Stange 12 und den Lastvektor F\. Gemäß Fig. 2 erstrecken sich die Stifte 28 und 29 durch die Bohrungen 26 der Stange 12 und halten damit die Stange innerhalb der Sockel 22, wobei der äußere Rand der Stange sich mit Abstand zu der Innenfläche der Sockel 22 befindet, wenn die Stange undeformiert ist Wenn eine Last entsprechend dem Lastvektor F\ auf die Stange 12 einwirkt, deformiert sich die Stange linear von einem Ende bis zum anderen, wobei die Enden der Stange um die Achsen 140 und 141 der Stifte 28 bzw. 29 schwenken. Wenn eine solche Bewegung erfolgt ist es wünschenswert, daß die äußere Peripherie der Stange nicht in Eingriff gelangt mit der Innenfläche der Sockel 22, um die obenerwähnte Rückbiegung und damit eine nichtlineare Deformation der Stange 12 zu vermeiden. Dementsprechend ist hinreichend Spiel zwischen der Stange 12 und den Innenflächen der Sockel 22 vorgesehen, damit eine Bewegung der Stange 12 um die Achsen 140 und 141 ohne wesentlichen Kontakt mit den Innenflächen der Sockel 22 erfolgen kann. Dieses Spiel ist hilfreich für das Erzielen der Genauigkeit der Vorrichtung. Wenn die Enden 150 und 152 der Stange starr eingespannt festgelegt sind, wie in F i g. 8 angedeutet, d. h. derart, daß sie keine wesentliche Bewegung im Ansprechen auf die F, durchführen können, dann wird die Stange 154 einer Rückbiegung 142 unterworfen, wie in Phantomlinien stark übertrieben dargestellt ist Die Rückbiegung der Stange 154 führt zu einer S-törmigen Kurve, die sich vom Punkt 144 zum Punkt 146 und von dort zum Punkt 148 erstreckt, und einer entsprechenden S-ähnlichen Kurve am anderen Ende der Stange. Die Rückbiegung ist nicht linear in der Deformation und erfordert, damit sie für die Lastmessung akzeptabel ist extensive und kostspielige elektrische Kompensationsschaltungen. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, die Rückbiegung zu vermeiden.It is important that ends 18 and 20 of rod 12 be able to move freely about axes 140 and 141, respectively, in response to loading on the rod. These axes are perpendicular to a plane defined by the longitudinal axis 100 of the rod 12 and the load vector F \. Referring to Figure 2, pins 28 and 29 extend through bores 26 of rod 12 to hold the rod within sockets 22, the outer edge of the rod being spaced from the inside surface of sockets 22 when the rod is undeformed When the rod 12 is subjected to a load corresponding to the load vector F \ , the rod deforms linearly from end to end, with the ends of the rod pivoting about axes 140 and 141 of pins 28 and 29, respectively. When such movement occurs, it is desirable that the outer periphery of the rod not engage the inner surface of the pedestals 22 in order to avoid the aforesaid bending back and hence nonlinear deformation of the rod 12. Accordingly, sufficient play is provided between the rod 12 and the inner surfaces of the pedestals 22 so that the rod 12 can move about the axes 140 and 141 without substantial contact with the inner surfaces of the pedestals 22. This game is helpful in achieving the accuracy of the device. When the ends 150 and 152 of the rod are set rigidly as shown in FIG. Indicated 8, ie such that it no substantial movement in response to the F, can perform, then the rod is subjected 154 to a reverse bend 142, as shown greatly exaggerated in phantom lines, the reverse bending of the rod 154 leads to S-törmigen curve, which extends from point 144 to point 146 and thence to point 148 , and a corresponding S-like curve at the other end of the rod. The backbend is not linear in deformation and requires extensive and expensive electrical compensation circuitry to be acceptable for load measurement. For this reason, it is desirable to avoid the back bending.

Unter erneuter Bezugnahme auf F i g. 2 ist festzuhalten, daß die Enden der Stange 12 im Ansprechen auf eine abwärtsgerichtete Last Fi frei aufwärts beweglich sind, wie in Fig.9 angedeutet ist und keine Rückbiegung eintritt da die Stange 12 frei um die Achsen 140 und 141 beweglich ist Dementsprechend wird die nichtlineare Deformation, verursacht durch die Rückbiegung durch die Halterung der Enden der Stange 12 derart eliminiert daß diese Enden um Achsen beweglich sind, die senkrecht zu einer Ebene definiert durch den Lastvektor Fi und die Längsachse 100 der Stange stehen, wenn die Stange 12 belastet wird.Referring again to FIG. 2 is to be noted that the ends of the rod 12 are in response to a downward load Fi freely movable upwardly, as indicated in Figure 9, and no reverse bending occurs since the rod 12 freely about the axes 140 and 141 is movable Accordingly, the non-linear Deformation caused by the bending back by the support of the ends of the rod 12 is eliminated such that these ends are movable about axes which are perpendicular to a plane defined by the load vector Fi and the longitudinal axis 100 of the rod when the rod 12 is loaded.

Eine gewisse begrenzte Rückbiegung der Stange für eine genaue Messung ist dann harmlos, wenn die Nichtlinearitäten, die in die Stange eingeführt werden, nur Fehler mit sich bringen, die zu klein sind, als daß sie die erforderliche Meßgenauigkeit merkbar beeinflußten. Die nichtlineare Rückbiegung der Stange ist maximal, wenn die Enden starr eingespannt sind. Wenn die auf die Stangenenden einwirkenden Einspannkräfte verringert werden und eine größere Beweglichkeit der Stangenenden zulässig ist nimmt der Grad der Rückbiegung ab. Es ist zweckmäßig, den Grad der Rückbiegung auf einen Pegel herabzusetzen, wo kein merkbarer Fehler mehr in die für die Lastmessung erforderliche Genauigkeit eingeführt wird. Demgemäß ist es zulässig, daß die Stangenenden in einen gewissen Kontakt mit den Innenflächen der Sockel 22 bei Belastung gelangen, ohne daß die nichtlineare Deformation, hervorgerufen durch Rückbiegung, so groß wird, daß sie nicht mehr tolerierbar wäre. Der Grad einer solchen Rückbiegung, der tolerierbar im Betrieb ist, wird bestimmt durch den Grad der Genauigkeit, der von der Wägevorrichtung 10 verlangt wird.Some limited back bending of the rod for an accurate measurement is harmless if the Nonlinearities introduced into the rod only entail errors that are too small for them to be noticeably influenced the required measurement accuracy. The nonlinear backbend of the rod is maximum when the ends are rigidly clamped. if the clamping forces acting on the rod ends are reduced and the greater mobility of the Rod ends is permitted, the degree of reverse bending decreases. It is appropriate to the degree of Reduce bending back to a level where there is no longer any noticeable error in the load measurement required accuracy is introduced. Accordingly, it is permissible that the rod ends in a certain Come into contact with the inner surfaces of the base 22 under load without the nonlinear deformation, caused by bending back, becomes so large that it would no longer be tolerable. The degree one such backward bending, which is tolerable in operation, is determined by the degree of accuracy obtained by the weighing device 10 is required.

Zwar sind die Stifte 28 und 29 die bevorzugte Lösung für das Haltern der Stange 12, und ermöglichen im wesentlichen die Schaffung einer sehr zuverlässigen robusten Wägevorrichtung, doch kann die Stange auch direkt von den Sockeln 22 abgestützt werden, wie in Fig.7 angedeutet ist ohne daß Stifte 28 und 29 verwendet werden, wobei befriedigende Resultate erzielt werden können. Es ist wünschenswert, hinreichend Spiel zwischen der Stange 12 und der Innenfläche der Sockel 22 zu lassen, um eine Einspannung der Stange in solchem Maße zu vermeiden, daß die Rückbiegung unakzeptable Nichtlinearitäten der Deformation mit sich bringt Wenn eine Last Fi auf die Stange einwirkt verformt sich die Stange linear in eine Position 156, wobei die Versetzung stark übertrieben dargestellt ist, wobei sich die Stange um die Achsen 160 und 162 vom Ende her gesehen bewegt, welche senkrecht zu der Ebene, definiert durch den Lastvektor Fi und die Längsachse 100 der Stange stehen. Reaktionskräfte F₂ und F3 werden auf die Stange an ihren Kontaktpunkten mit dem Sockel 22 während der Belastung übertragen.Although the pins 28 and 29 are the preferred solution for holding the rod 12, and essentially enable the creation of a very reliable robust weighing device, the rod can also be supported directly by the pedestals 22 , as indicated in Figure 7 without that pens 28 and 29 are used, and satisfactory results can be obtained. It is desirable to allow sufficient play between the rod 12 and the inner surface of the pedestals 22 to avoid clamping the rod to such an extent that the backbend introduces unacceptable non-linearities of deformation. When a load Fi is applied to the rod, it deforms the rod linearly to a position 156, the displacement being greatly exaggerated, the rod moving about axes 160 and 162 viewed from the end which are perpendicular to the plane defined by the load vector Fi and the longitudinal axis 100 of the rod . Reaction forces F ₂ and F3 are transmitted to the rod at its points of contact with the base 22 during loading.

Ein Basiselement kann sich zwischen den Abstützelementen 14 und 16 erstrecken, und eine geeigneteA base member may extend between the support members 14 and 16, and a suitable one

Plattform für diese ebenso wie eine Strukturverfestigung für die Abstützelemente bilden, damit diese in der dargestellten aufrechten Orientierung gehalten werden. Das Basiselement 58 kann an den Abstützelementen 14 und 16 in an sich bekannter Weise befestigt werden. Zwar sind die Abstützelemente 14 und 16 und das Basiselement 58 als getrennte Bauteile dargestellt, doch ist es ohne weiteres möglich, daß diese Bauteile einstückig sind.Form a platform for this as well as a structural reinforcement for the support elements so that they are in the upright orientation shown. The base element 58 can be attached to the support elements 14 and 16 are attached in a manner known per se. Although the support elements 14 and 16 and that Base member 58 is shown as separate components, but it is readily possible that these components are in one piece.

Ein lastübertragendes Element 30 ist auf der Stange 12 angeordnet und auf dieser mittels Stiften 32 und 34 gehalten, welche sich durch das Element 30, wie auch durch die Stange 12 (F i g. 2) erstrecken, was dazu führt, daß das Element 30 im festen Sitz auf der Stange 12 gehalten ist.A load transferring element 30 is arranged on the rod 12 and on this by means of pins 32 and 34 held, which extend through the element 30, as well as through the rod 12 (Fig. 2), which leads to that the element 30 is held in a tight fit on the rod 12.

Das Element 30 ist mit einer Belastungsfläche 36 versehen, auf die die Last Fi einwirkt, um die Stange 12 elastisch zu deformieren. So lange das Element 30 eine Struktur besitzt, bei der die Last Fi gleichförmig auf einen ausgewählten Abschnitt der Stange 12 verteilt übertragen wird, unabhängig davon, ob das Element 30 blockartig ausgebildet ist, wie in F i g. 1 dargestellt, oder die Form einer Hülse hat, einer Schulter einstückig mit und auf der Stange oder eine andere äquivalente Struktur hat; alles dies hat sich als brauchbar erwiesen. Es ist zwar bevorzugt, das Element 30 so anzuordnen, daß es im gleichen Abstand von den Abstützelementen 14 und 16 liegt, doch muß das Element 30 nicht unbedingt in der Mitte zwischen den Enden 18 und 20 der Stange 12 angreifen, sondern kann an anderen Stellen längs der Stange unter Erzielung befriedigender Ergebnisse angeordnet sein.The element 30 is provided with a loading surface 36 on which the load Fi acts, around the rod 12 to deform elastically. As long as the element 30 has a structure in which the load Fi is uniform a selected portion of the rod 12 is transmitted in a distributed manner, regardless of whether the element 30 is block-like, as shown in FIG. 1 shown, or is in the form of a sleeve, a shoulder integral with and on the rod, or other equivalent Structure has; all of this has proven useful. While it is preferred to arrange the element 30 so that it is at the same distance from the support elements 14 and 16, but the element 30 need not necessarily attack in the middle between the ends 18 and 20 of the rod 12, but can on others Places along the rod with satisfactory results.

Es hat sich als am wirksamsten erwiesen, die Stifte 28 und 29 senkrecht zu der Ebene auszufluchten, die definiert wird durch die Mittelachse der Stange 12 und den Lastvektor F\. Mit der angegebenen Kraftverteilung erstrecken sich die Stifte horizontal durch die Stange 12, was zu minimaler Fremdverformung der Stange 12 führt. Wären die Stifte 28 und 29 vertikal orientiert, würde ein Kraftmoment an entgegengesetzten Enden jeder öffnung 24 erzeugt, wenn die Stange 12 belastet würde; aber solche Kraftmomente sind unerwünscht, weil sie eine Fremdverformung der Stange hervorrufen durch Erzeugung von Innenspannungen, was zu Meßungenauigkeiten führen kann.It has been found most effective to align pins 28 and 29 perpendicular to the plane defined by the central axis of rod 12 and the load vector F \. With the specified force distribution, the pins extend horizontally through the rod 12, which leads to minimal external deformation of the rod 12. If the pins 28 and 29 were oriented vertically, a moment of force would be generated at opposite ends of each opening 24 when the rod 12 were loaded; but such moments of force are undesirable because they cause an external deformation of the rod by generating internal stresses, which can lead to measurement inaccuracies.

Zwecks minimaler Fremddeformation der Stange 12 sollten die Stifte 28 und 29 deshalb mit ihren Achsen senkrecht zu einer Ebene stehen, definiert durch den Lastvektor Fi und die Achse 100 der Stange 12.For the purpose of minimal external deformation of the rod 12, the pins 28 and 29 should therefore have their axes perpendicular to a plane, defined by the load vector Fi and the axis 100 of the rod 12.

Es hat sich als wünschenswert herausgestellt daß die Stifte 32 und 34, welche das Element 36 auf der Stange haltern, senkrecht zu einer Ebene orientiert sind, definiert durch den Kraftvektor Fi und die Achse 100 der Stange 12. Durch eine solche Anordnung wird eine minimale Fremddeformation der Stange 12 erzeugt, durch Kraftmomente, die erzeugt werden durch das Zusammenwirken zwischen den Stiften 32 und 34 und der Stange 12, wenn die Last Fi auf die Belastungsfläche 36 einwirkt. It has been found desirable that the pins 32 and 34, which hold the element 36 on the rod, are oriented perpendicular to a plane defined by the force vector Fi and the axis 100 of the rod 12. Such an arrangement results in minimal extraneous deformation of the rod 12 is generated by moments of force which are generated by the cooperation between the pins 32 and 34 and the rod 12 when the load Fi acts on the loading surface 36.

Elektrische Dehnmeßstreifen sind auf der Stange 12 so montiert, daß sie die Deformation der Stange 12 erzeugt durch die Last Fi abtasten. Diese Dehnmeßstreifen erfassen die Deformation durch Veränderung ihrer elektrischen Eigenschaften, wenn sie bei der Deformation der Stange 12 komprimiert oder gestreckt werden. Es handelt sich bei solchen Dehnmeßstreifen in der Regel um solche vom Widerstandsdrahttyp, oder alternativ körnen sie aus Folie oder halbleitendem Material bestehen. Wenn solche Dehnmeßstreifen komprimiert werden, nimmt ihr elektrischer Widerstand ab. Die Erhöhung oder Herabsetzung des Dehnmeßstreifenwiderstandes, hervorgerufen durch Deformation der Stange, wird erfaßt durch entsprechende elektrische Meßschaltkreise 101, die nachstehend erläutert werden. Electrical strain gauges are mounted on the rod 12 so that they sense the deformation of the rod 12 created by the load Fi. These strain gauges detect the deformation by changing their electrical properties when they are compressed or stretched when the rod 12 is deformed. Such strain gauges are usually of the resistance wire type, or alternatively they can consist of foil or semiconducting material. When such strain gauges are compressed, their electrical resistance decreases. The increase or decrease in the strain gauge resistance caused by deformation of the rod is detected by appropriate electrical measuring circuits 101, which will be explained below.

Unter Bezugnahme auf F i g. 2 ist zu bemerken, daß dann, wenn eine Last Fi an der Fläche 36 angreift, während die ersten und zweiten Abstützelemente 14 und 16 die Enden der Stange 12 in Position festhalten, die Stange 12 deformiert und das Zentrum der Stange nach unten bewegt wird. Einwirkenlassen der Last Fi führt dazu, daß die Oberflächen, auf denen die Dehnmeßstreifen 44 und 46 montiert sind, gestreckt werden. Demgemäß wird der elektrische Widerstand der Dehnmeßstreifen 40 und 42 verringert und der Dehnmeßstreifen 44 und 46 erhöht Um eine wesentliche Deformation der Dehnmeßstreifen im Ansprechen auf eine gegebene Belastung f\ zu erzielen, hat es sich als wünschenswert erwiesen, daß die Dehnmeßstreifen auf der Stange 12 in einer Ebene positioniert werden, die definiert ist durch die Achse 100 der Stange 12 und durch den Lastvektor Fi. Zwar ist es für eine wirksame Messung nicht wichtig, daß die Dehnmeßstreifen von dieser Ebene durchsetzt werden, oder bezüglich dieser Ebene zentriert sind, doch ist dies wünschenswertReferring to FIG. 2, when a load Fi is applied to the surface 36 while the first and second support members 14 and 16 hold the ends of the rod 12 in place, the rod 12 is deformed and the center of the rod is moved downward. Application of the load Fi causes the surfaces on which the strain gauges 44 and 46 are mounted to be stretched. Accordingly, the electrical resistance of the strain gages 40 and 42 decreases, and 44 and 46 increased by f a substantial deformation of the strain gauges in response to a given load to achieve \ of the strain gages, it has been found desirable that the strain gauges on the rod 12 in a plane defined by the axis 100 of the rod 12 and by the load vector Fi. Although it is not important for an effective measurement that the strain gauges are penetrated by this plane, or are centered with respect to this plane, this is desirable

Die Anordnung der Dehnmeßstreifen in dieser Weise, d. h. daß sie von der beschriebenen Ebene durchsetzt werden, erbringt Vorteile dahingehend, daß die Vorrichtung 10 ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber einer Belastung Fi behält während sie gegenüber folgender Fremddeformationen relativ unempfindlich ist In dem Falle, daß eine unerwünschte Fremdkraft auf die Stange 12 von einer Richtung her einwirkt die senkrecht zu der Ebene der Zeichnung in F i g. 2 steht werden die Dehnmeßstreifen 40, 42, 44 und 46 in derselben Richtung verformt womit sie ihren elektrischen Widerstand in identischer Weise ändern. Die elektrischen Meßschaltkreise, die verwendet werden, sind so ausgebildet daß sie nicht ansprechen, wenn alle Widerstände sich in gleicher Weise ändern. Demgemäß führt die Anordnung der Dehnmeßstreifen im wesentlichen in der beschriebenen Ebene dazu, daß die Vorrichtung relativ unempfindlich ist gegenüber Fremdkräften in Richtungen senkrecht zur Ebene dei Zeichnung in Fig.2. Entsprechend führen Kräfte ir Richtungen 31 längs der Achse 100 der Stange 12 ebenfalls dazu, daß die vier gezeigten Dehnmeßstreifer identisch verformt werden, und immer dann, wenn die Dehnmeßstreifen identisch verformt weiden, Sprecher die elektrischen MeBschaltkreise nicht an und sine damit unempfindlich gegenüber den Kräften, die solche Fremddeformationen hervorrufen. FaHs die auf die Stange 12 einwirkenden Kräfte zu einer Verdrehung dei Stange 12 führen, tastet jeder Dehnmeßstreifen dieselbe Deformation ab und ändert seinen Widerstand iden tisch. Dementsprechend führt eine Fremddeformatioi durch Torsion der Stange nicht zu einem merkbarei Ansprechen der Meßschaltkreise. The arrangement of the strain gauges in this way, ie that they are penetrated by the plane described, has advantages in that the device 10 retains its high sensitivity to a load Fi while it is relatively insensitive to the following external deformations in the event that an undesired external force acts on the rod 12 from a direction perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 2, the strain gauges 40, 42, 44 and 46 are deformed in the same direction, so that they change their electrical resistance in an identical manner. The electrical measuring circuits that are used are designed so that they will not respond if all resistances change in the same way. Accordingly, the arrangement of the strain gauges essentially in the plane described has the result that the device is relatively insensitive to external forces in directions perpendicular to the plane of the drawing in FIG. According to cause forces ir directions 31 along the axis 100 of the rod 12 also cause the Dehnmeßstreifer shown four are deformed identical, and whenever the strain gages grazing identical deformed speaker the electrical MeBschaltkreise not and thus sine insensitive to the forces which cause such external deformations. If the forces acting on the rod 12 lead to a rotation of the rod 12, each strain gauge scans the same deformation and changes its resistance identically. Correspondingly, a foreign deformation due to torsion of the rod does not lead to a noticeable response of the measuring circuits.

Gemäß Fig.5 umfaßt eine Schaltungsanordnung weiche die elektrischen Meßschahkreise badet, eini LeistungsqueDe 102, die zwischen die Klemmen Sund L der Brücke 103 geschaltet ist Die Ableseeinheit 99 is zwischen die Punkte A und Cder Brücke 103 geschalte und umfaßt die notwendigen StromhöhenmeBschaltun gen zur Erfassung einer Ungleichgewichtsbedinguni der Brücke 103, wenn die Dehnmeßstreifenwiderständi According to FIG. 5, a circuit arrangement which bathes the electrical measuring circuitry includes a power supply 102 which is connected between the terminals Sund L of the bridge 103. The reading unit 99 is connected between the points A and C of the bridge 103 and includes the necessary current height measuring circuits for detecting a Imbalance condition of the bridge 103 when the strain gauge resistances

sich im Ansprechen auf Belastung ändern. Die Ableseeinheit 99 umfaßt auch die Schaltkreise, die erforderlich sind zur Erzeugung einer sichtbaren Ablesung für eine Bedienungsperson, die dann die auf die Stange 12 einwirkende Last ablesen kann. Ein Potentiometer 104 ist zwischen die Klemmen B und D der Brücke 103 mit einem Schleifer 113 verbunden mit der Klemme A der Brücke 103 geschaltet, und das Potentiometer ist so angeordnet, daß eine Bedienungsperson die Brücke abgleichen kann, um einen willkürlichen Nullastbezugspegel einzustellen. Durch Verwendung des Potentiometers 104 kann eine Bedienungsperson die Brücke selbst dann abgleichen, wenn eine gegebene Last auf die Stange einwirkt, so daß die Bedienungsperson zusätzliche Erhöhungen oder Verringerungen der Last messen kann, die der Vorrichtung 10 hinzugefügt werden. Ein zweites Potentiometer 111 ist zwischen die Klemmen ß und D der Brücke mit seinem Schleifer 112 an den Punkt Cangeschlossen, gelegt.change in response to exercise. The reading unit 99 also includes the circuitry necessary to provide a visual reading to an operator who can then read the load on the rod 12. A potentiometer 104 is connected between terminals B and D of bridge 103 with a wiper 113 connected to terminal A of bridge 103 , and the potentiometer is arranged so that an operator can trim the bridge to set an arbitrary no-load reference level. By using potentiometer 104 , an operator can balance the bridge even when a given load is placed on the rod so that the operator can measure additional increases or decreases in load that are added to device 10. A second potentiometer 111 is connected between terminals β and D of the bridge with its wiper 112 connected to point C.

Ein erster Strompfad 114 erstreckt sich von Klemme B zur Klemme A, zur Klemme D und umfaßt die Widerstände R\ und R₃. Ein zweiter Strompfad 115 erstreckt sich von Klemme ßzur Klemme C zurück zur Klemme D und umfaßt Widerstände R₂ und Ra. Die gemeinsame Leistungsquelle 102 ist über die Klemmen ßund Ddieser Strompfade geiegt. Bei der Beschreibung der Art und Weise, in der die Dehnmeßstreifen in die Brücke 103 geschaltet sind, werden die Brückenarme, die sich von Punkt B zu Punkt A und von Punkt C zu Punkt D erstrecken, als einander gegenüberliegende Arme bezeichnet, da sie einander gegenüberliegen: die Brückenarme zwischen den Punkten ßund Cund von A nach D werden ebenfalls als gegenüberliegende Arme bezeichnet. Dieselben Ausdrücke können verwendet werden unter Bezugnahme auf die Brücken 106 nach F i g. 6, wo die Ausdrücke »gegenüberliegende Arme« und »erste« und »zweite« Strompfade die gleiche Bedeutung haben unter Bezugnahme auf die Punkte Ai, ßi. Ci, D\ entsprechend den Klemmen A, B, Cund D. A first current path 114 extends from terminal B to terminal A, to terminal D and includes resistors R 1 and R ₃ . A second current path 115 extends from terminal β to terminal C back to terminal D and includes resistors R ₂ and Ra. The common power source 102 is connected across the terminals ß and D of these current paths. In describing the manner in which the strain gauges are connected into bridge 103 , the bridge arms which extend from point B to point A and from point C to point D are referred to as opposing arms because they are opposite each other : the bridge arms between points ß and C and from A to D are also referred to as opposite arms. The same terms can be used with reference to bridges 106 of FIG. 6, where the terms "opposite arms" and "first" and "second" rungs have the same meaning with reference to points Ai, ßi. Ci, D \ corresponding to terminals A, B, C and D.

Anstelle der dargestellten elektrischen Schaltkreise und der Meßbrücke können auch andere alternative elektrische Brücken verwendet werden.Instead of the electrical circuits shown and the measuring bridge, other alternative electrical bridges are used.

Gemäß Fig.2 stehen vier Dehnmeßstreifen in Wirkverbindung mit der Stange 12, wobei ein Paar zwischen dem Element 30 und dem Abstützelement 14 und ein zweites Paar zwischen dem Element 30 und dem Abstützelement 16 angeordnet ist Die Dehnmeßstreifen 40 und 42 sind zwischen dem Element 30 und dem Ende 20 der Stange angeordnet, um die Kompression zu erfassen, wenn die Last Fi einwirkt, und die DehnmeB-streifen 44 und 46 sind so angeordnet daß die gleichzeitige Extension der Stange erfaßt wird Die Dehnmeßstreifen sind an der Stange 12 mittels eines Klebers befestigt Die elektrischen Anschlüsse von jedem der Dehnmeßstreifen werden in einem Kabel 48 zusammengefaßt According to Figure 2, four strain gages operatively connected to the rod 12, one pair between the element 30 and the support element 14 and a second pair between the element 30 and the supporting element 16 is arranged The strain gages 40 and 42 are between the element 30 and the end 20 of the rod to detect the compression when the load Fi is applied, and the strain gauges 44 and 46 are arranged to detect the simultaneous extension of the rod. The strain gauges are attached to the rod 12 by means of an adhesive electrical connections from each of the strain gauges are combined in a cable 48

Wenn eine Kraft F₁ auf die Belastungsfläche 36 einwirkt, wirken auch Reaktionskräfte ft und F₃ auf die Stange 12 über die Halteelemente 14 bzw. 16. Gemäß F i g. 2 liegen die Dehnmeßstreifen 40 und 42 in einem Abstand d voneinander, und der Dehnmeßstreifen 40 liegt in einem Abstand Dvon der Reaktionskraft ft. Das Biegemoment der Last ft auf den Dehnmeßstreifen 40 beträgt F₂D. In ähnlicher Weise ist das Biegemoment von F₂ bezüglich Deimmeßstreifens42 F^D+d). When a force F ₁ acts on the loading surface 36, reaction forces Ft and F _{3 also act} on the rod 12 via the holding elements 14 and 16, respectively. According to FIG. 2, the strain gauges 40 and 42 are a distance d from each other, and the strain gauge 40 is a distance D from the reaction force ft. The bending moment of the load ft on the strain gauges 40 is F ₂ D. Similarly, the bending moment of F _{2 is} relative Deimmeßstreifens42 F ^ D + d).

In ähnlicher Weise ist das Biegemoment der Kraft Fi bezüglich des Dehnmeßstreifens 42, wenn der Abstand von Fi bis zum Dehnmeßstreifen 42 L beti-ägt gleich FiL; das Biegemoment der Kraft Fi um den Dehnmeßstreifen 40 ist F\(L+d). Similarly, the bending moment of the force Fi with respect to the strain gauge 42 if the distance from Fi to the strain gauge 42 L is equal to FiL; the bending moment of the force Fi around the strain gauge 40 is F \ (L + d).

In ähnlicher Weise ist das Biegemoment der Kraft F₃ bezüglich des Dehnmeßstreifens 42, wenn der Abstand von F₃ bis zum Dehnmeßstreifen 42 R beträgt, gleich FiR und das Biegemoment von F₃ um Dehnmeßstreifen 40 ist Fi(R + d). Similarly, when the distance from F ₃ to strain gauge 42 is R , the bending moment of force F ₃ with respect to strain gauge 42 is FiR and the bending moment of F ₃ around strain gauge 40 is Fi (R + d).

Die absolute Differenz zwischen den Momenten an den Dehnmeßstreifen 42 und 40 für die Kräfte F₁, F2 und F₃, die nachfolgend als Differenzbiegemoment bezeichnet wird, beträgtThe absolute difference between the moments at the strain gauges 42 and 40 for the forces F ₁ , F2 and F ₃ , which is referred to below as the differential bending moment, is

= F₂D - F₂(D + d) = (F₁+ F₂ + F₃Jd= F ₂ D - F ₂ (D + d) = (F ₁ + F ₂ + F ₃ Jd

F₁L- F₁(L+ d) FiR - F₃(R + d)F ₁ L- F ₁ (L + d) FiR - F ₃ (R + d)

Dieses Ergebnis zeigt an. daß die absolute Differenz der Momente aller Kräfte auf die Dehnmeßstreifen 42 und 40 unabhängig ist von den Abständen zwischen den Angriffspunkten der Kräfte und den Punkten, an welchen die Dehnmeßstreifen befestigt sind, sondern nur abhängt vom Abstand zwischen den beiden Dehnmeßstreifen. Ein entsprechendes Ergebnis ergibt sich für die Dehnmeßstreifen 44 und 46. Demgemäß ist es unwichtig, wo die Dehnmeßstreifen auf der Stange relativ zu den Punkten, an welchen die Kräfte Fi, F₂ und F₃ angreifen, positioniert sind. Durch Anordnung der elektrischen Meßschaltkreise, die verwendet werden, um die Differenz zwischen den Biegemomenten der beiden Dehnmeßstreifen, die jeweils ein Paar bilden, zu messen, hängt die elektrische Messung der Schaltung nicht ab von dem Abstand zwischen den angreifenden Kräften und den Dehnmeßstreifen. Entsprechende noch zu beschreibende Meßschaltkreise verwenden dieses Prinzip das nachfolgend als Differenzbiegemomentprinzip bezeichnet wird.This result indicates. that the absolute difference of the moments of all forces on the strain gauges 42 and 40 is independent of the distances between the points of application of the forces and the points at which the strain gauges are attached, but only depends on the distance between the two strain gauges. A corresponding result is obtained for the strain gauges 44 and 46. Accordingly, it is unimportant where the strain gauges are positioned on the rod relative to the points at which the forces Fi, F ₂ and F _{3 act} . By arranging the electrical measuring circuits used to measure the difference between the bending moments of the two paired strain gauges, the electrical measurement of the circuit does not depend on the distance between the applied forces and the strain gauges. Corresponding measuring circuits to be described later use this principle, which is referred to below as the differential bending moment principle.

Beim Zusammenbau der dargestellten Vorrichtung 10, wird auf die Stange 12 das lastübertragende Element 30 aufgestiftet, wie in F i g. 2 dargestellt, und die Dehnmeßstreifen 40, 42, 44 und 46 werden durch Befestigung in Wirkverbindung mit der Peripherie der Stange 12 gebracht Hülsen 50 und 52 aus Metall oder anderem schützenden Material werden dann auf die Stange und über die Dehnmeßstreifen von den Enden 18 bzw. 20 her auf die Stange aufgeschoben derart, daß sie nahe dem Lastübertragungselement enden. Ein abbindendes Material 53, wie Epoxidharz oder dergleichen, wird dann zwischen die Stange 12 und die innere Peripherie der Hülsen 50 und 52 gegossen und ausgehärtet womit der Spalt zwischen der Stange 12 und den Hülsen 50 und 52 geschlossen wird; auf diese Weise werden die Dehnmeßstreifen geschützt unc bleiben wetterunempfindlich. Die Hülsen 50 und 52 enden kurz vor den Enden 18 und 20 der Stange 12 un< erstrecken sich nicht bis in die öffnungen 22 de; Halteelemente 14 und 16. Die Hülsen 50 und 5: zusammen mit der Zusammensetzung 53 bilden ein Umhüllung für die sonst frei liegende Peripherie de Stange 12, um eine Beschädigung der Dehnmeßstreife! zu unterbinden. Natürlich können auch andere Materia lien der gleichen Aufgabe der Umhüllung dienen. Da Kabel 48 erstreckt sich durch öffnungen in den Hülse 50 und 52 und führt direkt zu den elektrische: Schaltkreisen 101. When assembling the device 10 shown, the load-transmitting element 30 is pinned onto the rod 12, as shown in FIG. 2 and the strain gauges 40, 42, 44 and 46 are secured in operative connection with the periphery of the rod 12. Sleeves 50 and 52 of metal or other protective material are then attached to the rod and over the strain gauges from ends 18 and 16, respectively. 20 pushed forward onto the rod in such a way that they end near the load transfer element. A setting material 53, such as epoxy resin or the like, is then poured between the rod 12 and the inner periphery of the sleeves 50 and 52 and cured, thereby closing the gap between the rod 12 and the sleeves 50 and 52; In this way the strain gauges are protected and remain insensitive to the weather. The sleeves 50 and 52 end shortly before the ends 18 and 20 of the rod 12 and do not extend into the openings 22 de; Holding elements 14 and 16. The sleeves 50 and 5: together with the composition 53 form a cover for the otherwise exposed periphery of the rod 12 to prevent damage to the strain gauges! to prevent. Of course, other materials can also serve the same task of the envelope. The cable 48 extends through openings in the sleeve 50 and 52 and leads directly to the electrical circuit 101.

Zwar ist in F i g. 1 und 2 eine ganz bestimmte Anzai von Dehnmeßstreifen und deren Anordnung auf de Stange 12 dargestellt doch können zusätzliche Paar von Dehnmeßstreifen auf der Stange angebractIt is true that in FIG. 1 and 2 a very specific number of strain gauges and their arrangement on de Rod 12 is shown but additional pairs of strain gauges can be attached to the rod

609 586/1609 586/1

werden. In Fig.4 ist die Stange 12 mit den Abstützelementen 14 und 16 für die Stangenenden symbolisch dargestellt, und das gleiche gilt für das Element 30. Vier Paare von Dehnmeßstreifen sind auf der Stange 12 montiert, wobei zwei Paare von Dehnmeßstreifen auf jeder Seite des Elementes 30 angeordnet sind: zwei Paare sind auf der oberen Oberfläche und zwei Paare auf der unteren Oberfläche der Stange 12 angeordnet.will. In Figure 4, the rod 12 is symbolically shown with the support elements 14 and 16 for the rod ends, and the same applies to the element 30. Four pairs of strain gauges are mounted on the rod 12, with two pairs of strain gauges on each side of the element 30 are arranged: two pairs are arranged on the upper surface and two pairs are arranged on the lower surface of the rod 12.

Wenn zwei Paare von Dehnmeßstreifen gemäß F i g. 2 verwendet werden, sind diese Dehnmeßstreifen in dem elektrischen Meßschaltkreis. 101 in nachfolgender Weise angeordnet.If two pairs of strain gauges according to FIG. 2 are used, these strain gauges are in the electrical measurement circuit. 101 arranged in the following manner.

Die Dehnmeßstreifen 40 und 42, welche ein Paar von Dehnmeßstreifen bilden, sind in der Wheatstonebrücke 103 so geschaltet, daß einer der Dehnmeßstreifen sich im ersten Strompfad 114 und der zweite im zweiten Strompfad 115 befindet. Darüber hinaus sind die Dehnmeßstreifen in einander gegenüberliegenden Armen der Brücke angeordnet. Um dies zu illustrieren, könnte der Dehnmeßstreifen 40 als R\ und der Streifen 42 als Ra im gegenüberliegenden Arm der Brücke liegen. Entsprechend sind die Dehnmeßstreifen 44 und 46, aus denen das zweite Paar von Dehnmeßstreifen auf der Stange 12 besteht, so geschaltet daß der Dehnmeßstreifen 44 als R2 ist und der Dehnmeßstreifen 46 als R₃ geschaltet sind. Einer der Dehnmeßstreifen, aus denen jedes Paar von Dehnmeßstreifen besteht, ist in einen Strompfad geschaltet und der zweite desselben Paares ist in den zweiten Strompfad und gegenüber dem Arm des ersten in der Brücke 103 gelegtThe strain gauges 40 and 42, which form a pair of strain gauges, are connected in the Wheatstone bridge 103 in such a way that one of the strain gauges is located in the first current path 114 and the second in the second current path 115 . In addition, the strain gauges are arranged in opposite arms of the bridge. To illustrate this, the strain gauge 40 could be located as R \ and the strip 42 as Ra in the opposite arm of the bridge. Correspondingly, the strain gauges 44 and 46, which make up the second pair of strain gauges on the rod 12, are switched so that the strain gauge 44 is connected as R2 and the strain gauge 46 is connected as R ₃ . One of the strain gauges that make up each pair of strain gauges is connected in a current path and the second of the same pair is placed in the second current path and opposite the arm of the first in the bridge 103

Wenn vier Paare von Dehnmeßstreifen auf der Stange 12 verwendet werden, wie in F i g. 4 dargestellt, ist die Anordnung der Dehnmeßstreifen in der Brücke wie in Fig.6 dargestellt wo die Dehnmeßstreifen 40, 42, 44 und 46 in die Brücke 106 in der gleichen Weise geschaltet sind, wie bereits für die Brücke 103 nach F i g. 5 beschrieben, d. h. Dehnmeßstreifen 40 als A₁, Dehnmeßstreifen 42 als A₄, Dehnmeßstreifen 44 als R₃ und Dehnmeßstreifen 46 als R2. Die zusätzlichen beiden Paare von Dehnmeßstreifen werden wie folgt angeschlossen: Dehnmeßstreifen 109 als R5, Dehnmeßstreifen 110 als R& Dehnmeßstreifen 107 als R₆ und Dehnmeßstreifen 108 als R₇. If four pairs of strain gauges are used on rod 12, as in FIG. 4, the arrangement of the strain gauges in the bridge is as shown in FIG. 6, where the strain gauges 40, 42, 44 and 46 are connected in the bridge 106 in the same way as for the bridge 103 according to FIG. 5, ie strain gauges 40 as A ₁ , strain gauges 42 as A ₄ , strain gauges 44 as R ₃ and strain gauges 46 as R2. The additional two pairs of strain gauges are connected as follows: strain gauges 109 as R5, strain gauges 110 as R & strain gauges 107 as R ₆ and strain gauges 108 as R ₇ .

Es ist dabei festzuhalten, daß ein Dehnmeßstreifen jedes Paares in den ersten Strompfad 114 und der zweite in t'-en zweiten Strompfad 115 geschaltet ist und daß die beiden Dehnmeßstreifen sich in einander gegenüberliegenden Armen der Brücke befinden. Die Brücke 106 nach Fig.6 ts| in den Schaltkreis nach F i g. 5 anstelle der Brücke 103 einzusetzen, wobei die Anschlußpunkte .4, B, Cund D dann den gleichbezeichneten Ansctriußpunkten der Brücke nach Fig.6 entsprechea wo diese mit einem Strich versehen sind It should be noted that one strain gauge of each pair is connected to the first current path 114 and the second in t'-en second current path 115 and that the two strain gauges are located in opposite arms of the bridge. The bridge 106 according to Fig.6 ts | in the circuit of FIG. 5 instead of the bridge 103, the connection points .4, B, C and D then corresponding to the connection points of the bridge with the same designation according to FIG. 6 where these are provided with a line

Im Betrieb werden die Abstützelemente 14 und 16 auf einem festen Basiselement 58 aufgesetzt oder in anderer Weise gehalten. Das Potentiometer 104 des elektrischen Meßschaltkreises wird so justiert, daß die Wheatstone-Brücke 103 abgeglichen ist, um eine Nullablesung zu erzielen, wobei die Spannung an den Punkten A und C die gleiche ist und kein Strom zwischen den Punkten A und C durch die Ableseeinheit 99 fließt Eine Last Fi kann nun an die Stange 12 über das Element 30 angelegt werden.In operation, the support elements 14 and 16 are placed on a fixed base element 58 or held in some other way. The potentiometer 104 of the electrical measurement circuit is adjusted so that the Wheatstone bridge 103 is balanced to obtain a zero reading with the voltage at points A and C the same and no current between points A and C through the reading unit 99 A load Fi can now be applied to the rod 12 via the element 30.

Ein Anlegen einer Last Fi an dem Element 30 überträgt diese Last direkt auf die Stange 12 und erzeugt ein Paar von Reaktionskräften Fj und F₃, die an der Stange 12 an deren Enden 18 bzw. 20 über dieApplication of a load Fi to member 30 transfers that load directly to rod 12 and creates a pair of reaction forces Fj and F ₃ which act on rod 12 at ends 18 and 20 respectively

Abstützelemente 14 bzw. 16 angreifen. Die Kräfte F₁ und F₃ sind der Kraft F, entgegengerichtet, und die Summe der Kräfte F₂ und F₃ ist gleich der Größe dei Kraft F, jedoch entgegengesetzt gerichtet'DemgemäC wirken die Abstützelemente 14,16 bei der Ausübung dei Reaktionskräfte F₂ und F₃ auf die Stange 12 zusammer mit dem Element 30, um die Stange 12 aus ihrer gerader Strecklage elastisch zu deformieren, wenn die Last Fi ar der Stange 12 unter Deformation über das Element 3C angreift Die auf der Stange 12 (Fig.2) montierter Dehnmeßstreifen erfassen die Deformation der Stangenoberfläche, und ihre elektrischen Widerstands ändern sich proportional zu der Deformation.Attack support elements 14 and 16, respectively. The forces F ₁ and F ₃ are the force F in the opposite direction, and the sum of the forces F ₂ and F ₃ is equal to the size dei force F, but gerichtet'DemgemäC oppositely acting the support elements 14,16 in the exercise dei reaction forces F ₂ and F ₃ on the rod 12 together with the element 30 in order to elastically deform the rod 12 from its straight stretched position when the load Fi ar of the rod 12 acts under deformation via the element 3C The on the rod 12 (Fig. 2) mounted strain gauges detect the deformation of the rod surface, and its electrical resistance changes in proportion to the deformation.

Die Dehnmeßstreifen 40 und 42 sind auf einer Fläche der Stange 12 angeordnet die komprimiert wird, und demgemäß nehmen die Widerstände dieser Dehnmeßstreifen 40 und 42 ab. Die Dehnmeßstreifen 44 und 4i befinden sich auf einer Oberfläche, die gestreckt wird und die Widerstände dieser Dehnmeßstreifen erhöhen sich.The strain gauges 40 and 42 are disposed on a surface of the rod 12 which is being compressed, and accordingly the resistances of these strain gauges 40 and 42 decrease. The strain gauges 44 and 4i are on a surface that is being stretched and the resistances of these strain gauges increase.

Aus den oben beschriebenen Gründen ist es wünschenswert, die Kraftmomente jedes Paares vor Dehnmeßstreifen zu subtrahieren durch Verwendung entsprechender Meßschaltkreise, um das Differenzbiegemomentprinzip auszunutzen. Demgemäß wird das Biegemoment des Dehnmeßstreifens 42 subtrahiert vor dem Moment das auf Streifen 40 wirkt, und das Biegemoment an dem Dehnmeßstreifen 46 wird subtrahiert von dem Moment am Dehnmeßstreifen 44, Um diese Subtraktion durchzuführen, ist der Dehnmeßstreifen 40 als Äi und der Dehnmeßstreifen 42 als A4 im getrennten Strompfad 114 bzw. 115 geschaltet und sie liegen in gegenüberliegenden Armen der Brücke 103. In entsprechender Weise sind die Dehnmeßstreifen 44 und 46 als R₂ bzw. A₃ geschaltet und liegen in gegenüberliegenden Armen der Brückenschaltung und in getrennten Strompfaden. Diese Anordnung hat die Wirkung, den Spannungsabfall über dem Dehnmeßstreifen 40 gegenüber dem Spannungsabfall über dem Dehnmeßstreifen 42 zu versetzen. In ähnlicher Weise wird der Spannungsabfall über dem Dehnmeßstreifen 44 gegenüber demjenigen über dem Dehnmeßstreifen 46 versetzt Diese Versetzung der Spannungsabfälle hat die Wirkung, daß die Spannungsabfälle subtrahiert werden, die über den Dehnmeßstreifen entstehen, die das Dehnmeßstreifenpaar 40 und 42 bzw. 44 und 46 bilden.For the reasons described above, it is desirable to subtract the moments of force of each pair in front of strain gauges by using appropriate measuring circuitry in order to take advantage of the differential bending moment principle. Accordingly, the bending moment on strain gauge 42 is subtracted from the moment acting on strip 40 , and the bending moment on strain gauge 46 is subtracted from the moment on strain gauge 44. To make this subtraction, strain gauge 40 is as Äi and strain gauge 42 is A4 connected in the separate current path 114 and 115 and they are in opposite arms of the bridge 103. Correspondingly, the strain gauges 44 and 46 are connected as R ₂ and A ₃ and are in opposite arms of the bridge circuit and in separate current paths. This arrangement has the effect of offsetting the voltage drop across the strain gauge 40 relative to the voltage drop across the strain gauge 42. Similarly, the voltage drop across the strain gauge 44 is offset from that across the strain gauge 46. This offset of the voltage drops has the effect of subtracting the voltage drops that arise across the strain gauges that form the strain gauge pair 40 and 42 or 44 and 46 .

Wenn die Widerstände der Dehnmeßstreifen 40 und 42 sich verringern und die Widerstände der Dehnmeß streifen 44 und 46 sich vergrößern, entsteht eine Spannungsdifferenz zwischen den Punkten A und C und der Stromfluß zwischen diesen Punkten ist proportional der auf der Stange 12 wirkenden Last und kann gewandelt werden in eine sichtbare Anzeige der Größe der Last F₁ durch eine entsprechend ausgebildete Ableseeinheit 99. If the resistances of the strain gauges 40 and 42 decrease and the resistances of the strain gauges 44 and 46 increase, there is a voltage difference between points A and C and the current flow between these points is proportional to the load acting on the rod 12 and can be converted into a visible display of the size of the load F ₁ by a correspondingly designed reading unit 99.

Wenn auf die Stange 12 Kräfte aus Richtungen senkrecht zur Ebene der Zeichnung nach Fig.2 einwirken, ändert jeder Dehnmeßstreifen seinen Widerstand in gleicher Weise, die Brücke 103 bleibt abgeglichen und kein Strom fließt zwischen Punkten A rad C um eine Ablesung zu erzeugen. Aus diesem Grunde spricht die Vorrichtung nicht an auf solche unerwünschten Fremdkräfte. Das gleiche Resultat «•gibt sich, wenn Fremdkräfte die Stange 12 tordieren oder wenn sie in Axialrichtung bezüglich der Stange verlaufen.When forces act on the rod 12 from directions perpendicular to the plane of the drawing according to Figure 2, each strain gauge changes its resistance in the same way, the bridge 103 remains balanced and no current flows between points A rad C to produce a reading. For this reason, the device does not respond to such undesirable external forces. The same result occurs if external forces twist the rod 12 or if they run in the axial direction with respect to the rod.

Wenn vier Paare von Dehnmeßstreifen auf der Mange 12 verwendet werden, ist die bevorzugte Art undIf four pairs of strain gauges are used on the Mange 12, the preferred type is and

Weise der Zusammenschaltung in der Brücke 106 in Fig.6 dargestellt. Die beiden Dehnmeßstreifen, aus denen jedes Paar von Dehnmeßstreifen besteht, sind in getrennte Strompfade der Brücke geschaltet und liegen in gegenüberliegenden Armen, um den Subtraktionseffekt, wie oben beschrieben, für die ersten beiden Paare der Dehnmeßstreifen auszunutzen. Die Verbindung für die Dehnmeßstreifen 40,42,44 und 46 sind identisch mit jenen, die bereits für sie oben beschrieben wurden, unabhängig davon, ob zwei oder vier Paare von Dehnmeßstreifen auf der Stange 12 verwendet werden. Die Wirkungsweise der Brücke 106 ist identisch mit der bereits beschriebenen.Way of interconnection in the bridge 106 shown in Fig.6. The two strain gauges, off each pair of strain gauges are connected and located in separate current paths of the bridge in opposite arms to get the subtraction effect, as described above, for the first two pairs to use the strain gauges. The connection for the strain gauges 40,42,44 and 46 are identical to those already described for them above, regardless of whether two or four pairs of Strain gauges on rod 12 can be used. The operation of the bridge 106 is identical to that already described.

Es versteht sich, daß zwar eine geradzahlige Zahl von Widerständen immer in die Wheatstone-Brücke 103 geschaltet sein muß, doch braucht keine gerade Anzahl von Paaren von Dehmeßstreifen auf der Stange 12 vorzuliegen. Wenn eine ungerade Zahl von Paaren von Dehnmeßstreifen auf der Stange angeordnet sind, kann ein zusätzliches Paar von »blinden« Widerständen in den Brückenschaltkreis gelegt werden. Um den beschriebenen Vorteil des Differenzbiegemomentprinzips zu erhalten, und um axial gerichtete Kräfte zu kompensieren, Torsionskräfte zu kompensieren sowie Kräfte, die senkrecht zur Zeichenebene der F i g. 2 einwirken, ist mindestens ein Paar von Dehnmeßstreifen erforderlich, wobei ein Paar die Kompression und das andere Paar die Extension abtasten muß. Der Abstand zwischen den beiden Dehnmeßstreifen, welche ein Paar bilden, braucht jedoch nicht identisch zu sein zum Abstand zwischen den Dehnmeßstreifen welche das andere Paar bilden, um befriedigende Ergebnisse zu erzielen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der elektrische Meßschaltkreis 101 vereinfacht werden kann, wenn die Abstände zwischen den Dehnmeßstreifen aller Paare gleich sind.It goes without saying that, although an even number of resistors is always used in the Wheatstone bridge 103 must be switched, but does not need an even number of pairs of thermal gauges on the rod 12 to be present. If an odd number of pairs of strain gauges are placed on the rod, then an additional pair of "blind" resistors can be placed in the bridge circuit. To the described advantage of the differential bending moment principle, and to axially directed forces to compensate, to compensate for torsional forces and forces that are perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 2 act, at least one pair of strain gauges is required, one pair being the compression and the other couple must feel the extension. The distance between the two strain gauges, which are a pair form, but does not have to be identical to the distance between the strain gauges which the Form other pairs to get satisfactory results. However, it has been shown that the electrical Measuring circuit 101 can be simplified if the distances between the strain gauges of all pairs are the same.

Die Vorrichtung 10 ist in gleicher Weise wirksam, wenn das Element 30 auf einer Basis oder einem Fundament abgestützt ist oder in fester Position mittels anderer Einrichtungen gehalten wird, während die Last an dem Abstützelement 14 bzw. 16 angreift Wenn demgemäß das Element 30 fest ist müßte der Lastvektor Fi als Reaktionskraft betrachtet werden.The device 10 is equally effective when the element 30 is on a base or a Foundation is supported or held in a fixed position by other means while the load engages on the support element 14 and 16, respectively. If, accordingly, the element 30 is fixed, the should Load vector Fi can be regarded as a reaction force.

erzeugt im Ansprechen auf die Belastungskräfte F₂ und F₃, die an den Abstützelementen 14 bzw. 16 angreifen. Die Kraft Fi ist dann gleich der Summe der Kräfte F₂ und F₃, jedoch entgegengesetzt gerichtet. Die Kräfte F₂ und F₃ führen dazu, daß die Enden der Stange 12 in Richtung der Vektoren F₂ und F₃ verformt werden (F i g. 2), während der Abschnitt der Stange 12, der von dem Element 30 gehalten ist, im wesentlichen stationär bleibt. Dies führt dazu, daß die Dehnmeßstreifen 40, 42,generated in response to the loading forces F ₂ and F ₃ , which act on the support elements 14 and 16, respectively. The force Fi is then equal to the sum of the forces F ₂ and F ₃ , but in opposite directions. The forces F ₂ and F ₃ cause the ends of the rod 12 to be _{deformed in the direction of the vectors F 2} and F ₃ (FIG. 2), while the portion of the rod 12 which is held by the element 30 remains essentially stationary. This means that the strain gauges 40, 42,

ίο 44 und 46 die Deformation der Oberflächen erfassen, auf denen sie montiert sind, und eine Messung der Lastgröße wird erzeugt. Man erkennt demgemäß, daß die Vorrichtung 10 wirksam eingesetzt werden kann, gleichgültig, ob die Last an dem Element 30 angreift und die Abstützelemente 14 und 16 Reaktionskräfte auf die Stange 12 ausüben, oder ob die Last an den Abstützelementen 14 und 16 angreift, und das Element 30 die Reaktionskraft liefert.ίο 44 and 46 record the deformation of the surfaces where they are mounted and a measurement of the load size is generated. One recognizes accordingly that the device 10 can be effectively used, regardless of whether the load is on the element 30 and the support elements 14 and 16 exert reaction forces on the rod 12, or whether the load on the Engages support elements 14 and 16, and the element 30 provides the reaction force.

Während der Wägung der Last Fi wird die Stange 12 in den Sockeln 22 mittels Stiften 28 und 29 gehalten, die im wesentlichen parallel zueinander liegen. Da diese Stifte parallel zueinander sind, erzeugen sie keine Torsion der Stange 12. Eine Orientierung der Stifte 28 und 29 in irgendeiner Richtung abweichend von der Richtung senkrecht zur Ebene, definiert durch die Stangenachse 100 und den Kraftvektor F_x, würde unerwünschte Fremdkräfte auf die Stange 12 mit sich bringen über die Stifte 28 und 29, was zu einer Torsion und zum Einführen eines Fehlers in die Messung führen würde. Da der Durchmesser der Bohrung 26 größer ist als der Durchmesser des Stifts 28 und 29, kann eine geringfügige Fehlausfluchtung zwischen der Stange 12 und den Abstützelementen 14 und 16 keinen Verdrehoder Torsionseffekt auf die Stange 12 haben, womit innere Spannungen infolge einer solchen Torsion vermieden werden. Wenn eine erhebliche Kraft Fi die Stange 12 verformt und dazu führt, daß die Stange eine Axialkraft auf die Stifte 28 und 29 ausübt, wird diese Kraft gleichförmig längs der Länge der Bohrung 26 verteilt und nicht isoliert an einer oder mehreren Stellen längs der Bohrung aufgebracht. Auf diese Weise vermeidet die Vorrichtung weiter das Einführen vor Fremdtorsionskräften auf die Stange 12.During the weighing of the load Fi, the rod 12 is held in the sockets 22 by means of pins 28 and 29 which are substantially parallel to one another. Since these pins are parallel to one another, they do not produce any torsion of the rod 12. An orientation of the pins 28 and 29 in any direction deviating from the direction perpendicular to the plane defined by the rod axis 100 and the force vector F _x would result in undesirable external forces on the rod 12 bring about over pins 28 and 29 which would lead to torsion and introduce an error into the measurement. Since the diameter of the bore 26 is larger than the diameter of the pin 28 and 29, a slight misalignment between the rod 12 and the support elements 14 and 16 cannot have any twisting or torsional effect on the rod 12, thus avoiding internal stresses as a result of such torsion. When a significant force Fi deforms rod 12 and causes the rod to exert an axial force on pins 28 and 29, that force will be uniformly distributed along the length of bore 26 rather than being applied in isolation at one or more locations along the bore. In this way, the device further avoids the introduction of external torsional forces onto the rod 12.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

^ 2436 claims:

1. Weighing device for weighing a load, consisting of a substantially straight, elongated rod which is supported near its ends and is elastically deformable under the action of the load acting in its center, the rod ends free with respect to an axis perpendicular to the direction of action of the load are movable, and of at least four strain gauges in a bridge circuit for detecting and evaluating the deformation, of which the first is attached between the one support point and the center of the rod on the top of the rod and the second between the other support point and the center of the rod on the underside of the rod, characterized in that the third strain gauge (42), which is opposite the first (40) in the bridge (103, 106) , is attached between the one support point and the center of the rod on the upper side at a certain distance from the first (40), while the fourth strain gauge (44 ) between the other support point and the rod with te at substantially the same distance as the distance between the first (40) and third strain gauges (42) from the second strain gauges (46) on the rod bottom

2. Weighing device according to claim 1, characterized in that two pairs of strain gauges (107, 108; 109, 110) corresponding to the measuring strips (40, 42; 44, 46) are arranged on the respective other side of the rod (12) which in the arm of the bridge circuit (106) with the strain gauges (44,46,40 or 42) are connected in series.

3. Weighing device according to claim 1 or 2, characterized in that all strain gauges (40, 42, 44, 46) (107, 108, 109, 1 10) are arranged on the rod (12) in a plane which is defined by the longitudinal axis (100 ) the rod (12) and the load vector (Fi).

4. Weighing device according to one of claims 1-3, characterized in that the rod (12) is mounted at its ends in support elements (14, 16), the support elements (14, 16) and the rod (12) is each a pin (28,29) is arranged with play going through

5. Weighing device according to claim 4, characterized in that the rod (12) in the Support elements (14,16) is mounted with play.